(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量気泡コンクリートにより形成される屋根躯体層の直上に断熱層を備え、該断熱層の上方に調湿層を備えると共に該調湿層の直上に防水層を備える屋根構造であって、
前記断熱層は、フェノール樹脂発泡体を主素材として形成され、前記調湿層の湿気容量以下の水分量を透過可能な０．２ｍｓＰａ／ｎｇ〜１．１ｍｓＰａ／ｎｇの透湿比抵抗を有し、
前記調湿層は、吸湿過程と放湿過程が同一又は略同一の平衡含水率曲線を示す吸放湿特性を有している
ことを特徴とする屋根構造。
【請求項２】
前記断熱層と前記調湿層との間には、前記断熱層よりも小さい透湿比抵抗を有する中間層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の屋根構造。
【請求項３】
前記中間層は、前記断熱層と同じ又はそれ以下の断熱性能を有していることを特徴とする請求項２に記載の屋根構造。
【請求項４】
前記調湿層は、けい酸カルシウム板又はインシュレーションボードにより形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の屋根構造。
【請求項５】
軽量気泡コンクリートにより形成される屋根躯体層と、
フェノール樹脂発泡体を主素材として形成されて前記屋根躯体層の直上に当接状態で配備される断熱層と、
けい酸カルシウム板又はインシュレーションボードにより形成されて前記断熱層の上方に配備される調湿層と、
塩化ビニルシートにより形成されて前記調湿層の直上に配備される防水層と
を備えていることを特徴とする屋根構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅等の屋根構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅等においては、例えばＡＬＣ版等の軽量気泡コンクリートにより形成される屋根躯体層の上方に断熱層を積層し、当該断熱層の上方に防水シートからなる防水層を積層するいわゆる外断熱工法により形成される屋根構造が提案されている（例えば特許文献１）。
上記屋根構造においては、冬季等、室外側の温度より室内側の温度の方が高い場合、室内から屋根に向けて上がってくる湿気（以下、水分とも言う）を有効に除去すべく、積極的に空気の流通を促す通気層を外気側となる断熱層の上方に設ける構成が知られている（例えば特許文献２）。
また、夏季等、室内側の温度より室外側の温度の方が高い場合には、屋根の各層に蓄積されている湿気は室内側に向けて下降する。かかる性質を利用して、屋根躯体層の下方に通気層を設け、当該通気層に外気等の乾燥空気を流通させることによって当該湿気を除去する屋根構造も一般的に採用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−３４１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の屋根構造においては、屋根の内部結露を防止するために屋根の層構成において通気層を確保しなければならず、このために天井の懐深さや屋根構造の厚さをある程度確保する必要が生じる。これに対し、住宅の高さを変更することなく屋根下方に位置する室の天井高さを大きく取りたいとの住居人からの要望や、屋根下方に通気層のない天井裏を設け、該天井裏に従来の天井から突出した状態で配備される換気設備や空調設備、照明設備等を埋め込んで配備したいとの設計者等からの要望があり、屋根構造の改善が望まれている。また、壁や屋根の断熱性の算定においては、通気層よりも外方は外気と同様であると仮定して断熱性を算定する。このため、上述の従来の屋根構造の如く通気層よりも外方に断熱材を設けると、断熱性の算定において当該断熱材の効果を見込むことができず、計算上も不利となる問題があった。
そこで、本発明は、通気層や換気層を設けることなく屋根に上がってくる水分を屋内外の温度環境の変化にしたがって有効に排除することができる新たな屋根構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、
（１）軽量気泡コンクリートにより形成される屋根躯体層の直上に断熱層を備え、該断熱層の上方に調湿層を備えると共に該調湿層の直上に防水層を備える屋根構造であって、
前記断熱層は、フェノール樹脂発泡体を主素材として形成され、前記調湿層の湿気容量以下の水分量を透過可能な０．２ｍｓＰａ／ｎｇ〜１．１ｍｓＰａ／ｎｇの透湿比抵抗を有し、
前記調湿層は、吸湿過程と放湿過程が同一又は略同一の平衡含水率曲線を示す吸放湿特性を有している
ことを特徴としている。
なお、透湿抵抗は、各材料の透湿度の逆数であり、当該透湿度は、ＪＩＳ Ｚ ０２０８にて規定される防湿包装材料の透湿度試験方法（カップ法）によって得られる。透湿比抵抗とは、材料の単位厚さ当りの透湿抵抗のことをいう。
【０００６】
ここで、湿気容量とは、材料の容積と、雰囲気の相対温度とに応じて当該材料による層が保有できる水分量のことをいう。
また、透湿抵抗とは、材料の水分の透過し難さを示す指標である。
また、平衡含水率曲線とは、雰囲気の相対湿度と当該材料が含有する水分率の関係を示したもののことをいう。
【０００７】
上記構成によれば、冬季等、室外側の温度より室内側の温度の方が高い場合、室内から屋根に向けて上がってくる空気中の水分は屋根躯体層を通過し、当該屋根躯体層の直上に位置する断熱層により上昇を遮られ、一部は断熱層を透過して調湿層に到達することとなるが、断熱層は、前記調湿層の湿気容量以下の水分量を透過可能な透湿抵抗を有しているため、当該湿気容量を超える水分は断熱層により当該断熱層よりも上層への上昇を遮られ、断熱層下又は屋根躯体層内に存するものとなる。なお、断熱層よりも下層は室内側と略同様の温度であるため、断熱層下の水分が結露するおそれはない。
また、前記断熱層を透過する水分は、前記調湿層の湿気容量以下の水分量であるため、調湿層に達して当該調湿層に吸収されるものとなる。
このように、上記屋根構造においては、室外側よりも室内側の温度が高い場合であっても、室内から上がってくる水分は殆ど断熱層よりも上方に移動することなく、また、移動したきわめて僅かな水分も調湿層に吸収されるので、当該屋根構造での内部結露の発生は抑制されるものとなるのである。
【０００８】
一方、夏季等、室内側の温度より室外側の温度の方が高い場合には、断熱層下又は屋根躯体層の水分は室内側に向けて下降する。そして、屋根躯体層下まで下降した湿気は、常時換気や室内空調等による室内乾燥空気の対流により有効に除去されるものとなる。
また、調湿層は吸湿過程と放湿過程が略同一の平衡含水率曲線を示す吸放湿特性を有しているため、当該調湿層に吸収されている水分も当該調湿層に留まることなく室内側に向けて下降することとなるが、このとき、当該水分は断熱層に行き当たり、断熱層によりその下降を遮られることが考えられる。しかしながら、夏季等においては、屋根表面の温度はきわめて高温であり（例えば６５℃〜７０℃程度）、断熱層を介する室内側と室外側の温度勾配は冬季等と比較しても格段に大きなものとなる。この結果、断熱層上下での水蒸気圧差が著しく拡がるものとなり、前記調湿層の水分は、当該水蒸気圧差を断熱層透過の駆動力として断熱層上や断熱層内に下降を遮られることなく当該断熱層を透過する。
このように、上記屋根構造においては、室内側よりも室外側の温度が高いものとなると、屋根躯体層の有する水分及び調湿層の水分は屋根躯体層下まで下降し、室内の乾燥空気の緩慢な対流により除去されるものとなるのである。
したがって、上記屋根構造においては、断熱層の上下に生じる温度勾配や断熱層と調湿層の透湿・吸放湿能を利用して、屋根内を上昇・下降する水分を結露させることなく有効に移動・保持・除去することができるのである。この結果、当該屋根構造には通気層を確保する必要がなく、これによって屋根下方の室内の天井高さを確保することができるものとなるのである。
また、屋根構造内に通気層が存在しない構成であるので、いずれの位置に断熱層を設ける場合であっても、当該断熱層の効果を当該屋根の断熱性の算定に用いることができるものとなる。
なお、当該断熱層は一の素材により単層形成するもののみでなく、当該素材からなる断熱板を複数積層したものや、異なる素材の断熱板を適宜積層することにより形成されるものも含む。
【００１０】
（２）また、前記（１）に記載の屋根構造において、前記断熱層と調湿層との間には、前記断熱層よりも小さい透湿比抵抗を有する中間層が設けられていることが好ましい。
これにより、上述の如き屋根構造内の水分の移動を阻害することなく屋根高さを調整することができる。
（３）また、前記（２）に記載の屋根構造において、前記中間層は、前記断熱層と同じ又はそれ以下の断熱性能を有していることが好ましい。
これにより、中間層の上下で水蒸気圧差が生じるものとなり、断熱層と調湿層との間での湿気の移動を促進させることができる。
【００１１】
（４）また、前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の屋根構造において、前記調湿層は、けい酸カルシウム板又はインシュレーションボードにより形成されることが好ましい。
【００１３】
（５）また、本発明における他の課題解決のための技術的手段は、
軽量気泡コンクリートにより形成される屋根躯体層と、
フェノール樹脂発泡体を主素材として形成されて前記屋根躯体層の直上に当接状態で配備される断熱層と、
けい酸カルシウム板又はインシュレーションボードにより形成されて前記断熱層の上方に配備される調湿層と、
塩化ビニルシートにより形成されて前記調湿層の直上に配備される防水層と
を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の屋根構造によれば、通気層や換気層を設けることなく屋根に上がってくる水分を屋内外の温度環境の変化にしたがって有効に排除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜２に基づき、本発明を２階建ての戸建て住宅に採用した実施形態につき、詳細に説明する。
図１に示す如く、本発明に係る戸建て住宅は、軽量鉄骨を組み合わせて形成される架構Ｆと、該架構Ｆに取り付けられて住宅の側面を形成する外壁構造Ｗと、架構Ｆに取り付けられて住宅の上面を形成する屋根構造Ｒとを備えている。
架構Ｆは、基礎Ｂ上に立設される複数の柱材や面材と、これら柱材や面材を連結する梁材とを備えて形成される軸組構造として構成されている。柱材は、鋼製の角パイプや該角パイプの端部に柱頭部材や柱脚部材を取り付けて形成され、面材は、一対の角パイプをブレースや制振フレームにより連結して形成される。梁材は、Ｈ型鋼や鋼製の角パイプにより形成されている。
【００１６】
外壁構造Ｗは、平板状の外壁躯体層１と、該外壁躯体層１よりも屋内側に設けられる断熱層２とを備えている。
外壁躯体層１は、平板状の軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）パネルにより形成される複数の外壁材を並列状に並べて形成されている。各外壁材は、前記架構Ｆの最外枠を構成する梁に取り付けられる自重受け金具やイナズマプレート等の金物（図示省略）を介して当該梁に支持されている。
上記ＡＬＣパネルは、軽量で且つ高い断熱性能を有するため外壁材として好ましく用いることが可能である。
【００１７】
屋根構造Ｒは、その詳細を図２に示すように、架構Ｆの最上に位置する梁に支持される屋根躯体層１０と、該屋根躯体層１０の直上に配備される断熱層１１と、該断熱層１１の直上に配備される中間層１２と、該中間層１２の直上に配備される調湿層１３と、該調湿層１３の直上に配備される防水層１４とを備えて形成されている。また、該屋根構造は、屋根躯体層１０を水平に配備してなる所謂陸屋根としている。
また、該屋根構造の下方には所定の間隔を有して石膏ボードからなる天井板１５が配備されており、これによって天井板１５と屋根躯体層１０との間に閉鎖空気層１６が天井裏として設けられている。また、当該天井板１５の下方に屋根構造下の室１７が設けられている。
ここで、閉鎖空気層１６は、屋外等に通じる開口等を設けて積極換気や通気を行っていない空気層のことを指し、室内換気に伴う消極換気に晒される天井裏等を含むが、従来の屋根構造において結露防止等のために設けられていた積極換気を行う通気層や換気層は含まない。本実施形態においては、室内の常時換気や空調等に伴って緩慢に空気を対流させることにより、閉鎖空気層となる天井裏には消極的、間接的又は受動的な換気が行われることとなる。
【００１８】
本実施形態における主たる特徴は、屋根躯体層１０、断熱層１１、中間層１２、調湿層１３、防水層１４の積層構造にあり、従来の如く層間のいずれかに通気層や換気層を設けていない点にある。また本実施形態における他の特徴は、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）のように一般に湿気等の水分の透湿性が高い材料を屋根躯体層１０として採用することに関連しており、かかる場合に、屋根下方の室内から屋根に向かって上がってくる湿気を周辺雰囲気の温度や湿度の変化に対応させて効果的に除去することができる構成を提供することにある。以下、これらの点につき、詳細に説明する。
【００１９】
屋根躯体層１０は、平板状の軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）パネルにより形成される複数の屋根スラブ材を並列状に並べて形成されている。各屋根スラブ材は、端部を前記架構の最上に位置する梁の天端（上端）に載置した状態で、該梁に取り付けられる金物（図示省略）を介して梁に支持されている。屋根スラブ材としては、通常は６３ｍｍ〜１００ｍｍの厚さを有するもの、例えば７５ｍｍの厚さのものが好ましく用いられる。
上記軽量気泡コンクリートは、特に限定されないが、典型的には、０．０１５〜０．０２５ｍｓＰａ／ｎｇ（３１．２５〜５２．０８ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）の透湿比抵抗を有するものを使用することができ、厚さを上記通常の厚さ６３ｍｍ〜１００ｍｍとした場合、その透湿抵抗は、０．９４〜２．５ｍ２ｓＰａ／μｇ（１．９６〜５．２ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ）の範囲となる。
例えば、７５ｍｍの厚さで、透湿比抵抗が０.０２０ｍｓＰａ／ｎｇ（４１．６ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）（よって、透湿抵抗が１．５０ｍ２ｓＰａ／μｇ（３．１３ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ））、密度が６００ｋｇ／ｍ３、熱伝導率が０．１７Ｗ／ｍＫの軽量気泡コンクリートが使用される。
また、軽量気泡コンクリートの平衡含水率曲線の一例（寺島貴根、水畑雅行、日本建築学会計画系論文集、第４７４号１７−２５、「気泡コンクリート壁体材料内の結露・再蒸発過程の水分挙動に関する研究」から抜粋）を、図３に示す。
【００２０】
断熱層１１は、上述した軽量気泡コンクリートからなる屋根躯体層１０の直上に該屋根躯体層１０に当接して設けられるもので、調湿層１３の湿気容量以下の水分量を透過可能な透湿抵抗を有する断熱板を所定厚さの平板状に形成して構成したものである。すなわち、断熱層１１は、一定の透湿抵抗を有する断熱板からなるが、その透湿抵抗は調湿層１３の湿気容量以下の水分量を透過可能なものである。
よって、断熱層１１は調湿層１３の性状を考慮した素材となるが、所定の透湿抵抗又は透湿比抵抗を有する断熱層１１を選択した後に、調湿層１３として、断熱層１１が透過可能な水分量を超える湿気容量を有するものを選択するようにすることができ、特に、できるだけ高い透湿抵抗の断熱層１１を選択すると、断熱層１１が透過可能な水分量は減少し、調湿層１３の湿気容量も低くすることができる。従って、断熱層１１としては、透湿抵抗又は透湿比抵抗が比較的高い断熱材を使用することが好ましく、例えば透湿比抵抗が０．２〜１．１ｍｓＰａ／ｎｇ（４１６．７〜２２９１．８６ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）の断熱材を使用することができ、屋根層を形成するものとして利用可能な断熱材の厚さ（例えば２０〜１０７．５ｍｍ）を考慮すると、透湿抵抗としては５．００〜７１．５０ｍ２ｓＰａ／μｇ（１０．４２〜１４８．９７ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ）の断熱材を使用することができる。
【００２１】
上記のような透湿比抵抗が比較的高い断熱材、例えば透湿比抵抗が０．２〜１．１ｍｓＰａ／ｎｇ（４１６．７〜２２９１．８６ｍｈｍｍｈｇ／ｇ）の断熱材としては、種々の素材が挙げられ、例えばフェノール樹脂発泡体（フェノールフォーム）を主素材とする断熱材（フェノールフォーム保温板１種２号）、押出法ポリスチレンフォーム保温板１種、押出法ポリスチレンフォーム保温板３種がある。これら断熱材の物性を例示すると、例えば次表の通りである。
【表１】
0005209286.tif 000002
【００２２】
上記の断熱材の何れでも好適に使用できるが、本実施形態において最も好ましくは、フェノール樹脂発泡体を主素材として形成された断熱材が使用される。フェノール樹脂発泡体を主素材として形成された断熱板は、高い断熱性を有するばかりでなく、当該断熱性や寸法を長期間維持し得る性質を有しているためである。
なお、フェノール樹脂発泡体の断熱性は、例えば気泡径を５μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１５０μｍの範囲とし、且つ独立気泡率を８０％以上とすることによって確保される。例えば、フェノール樹脂発泡体の密度を２７ｋｇ／ｍ３に設定した場合、熱伝導率は０．０２０Ｗ／ｍ・Ｋ、圧縮強さは１５Ｎ／ｃｍ２、熱変形温度は２００℃である。これに対し、押出発泡ポリスチレン３種の物性値は、熱伝導率；０．０２８Ｗ／ｍ・Ｋ、圧縮強さ；２０Ｎ／ｃｍ２、熱変形温度；８０℃であり、また、硬質ウレタンフォーム２種は、熱伝導率；０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋ、圧縮強さ；８Ｎ／ｃｍ２、熱変形温度；１００℃である。したがって、フェノール樹脂発泡体は、押出発泡ポリスチレンや硬質ウレタンフォームと比較しても充分に高い断熱性能を有する。また、フェノール樹脂発泡体を主素材として形成された断熱板では、押出発泡ポリスチレンや硬質ウレタンフォームの約２／３程度の厚さとしても、これら押出発泡ポリスチレンや硬質ウレタンフォームと略同等の断熱性能を発揮する。
よって、好ましい一例では、断熱層１１は、フェノール樹脂発泡体を主素材とする断熱板からなり、例えば、密度が２５ｋｇ／ｍ３、透湿比抵抗が１.１ｍｓＰａ／ｎｇ（２２００ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）、熱伝導率が０．０２０Ｗ／ｍＫ〜０．２２Ｗ／ｍＫであり、また、３０ｍｍ〜６５ｍｍの厚さを有するもの、例えば６５ｍｍの厚さのものが用いられる。かかるフェノール樹脂発泡体を主素材とする断熱板として、例えばネオマ（登録商標。商標権者：旭化成建材株式会社。以下、ネオマ又はネオマフォームと称呼する）を使用することができる。
なお、フェノール樹脂発泡体の表裏面には通常保護層が設けられる。この保護層を構成する材料としては、特に限定するものではないが、例えばポリエステル不織布を含む合成繊維からなる不織布を用いることが可能である。また、断熱板の厚さは製造段階で設定され、所定の幅や長さを有する平板状に規格化されて切断される。即ち、断熱板の幅は住宅に設定されたモジュール寸法に対応させて設定することが可能となっている。
また、当該断熱層１１は、上述の如く単一の素材により単層形成するもののみでなく、当該素材からなる断熱板を複数積層したものや、異なる素材の断熱板を適宜積層することにより形成されるものも含む。
【００２３】
中間層１２は、断熱層１１よりも小さい透湿比抵抗を有する素材を主材とするものを平板状に形成してなる板状の中間材により形成されており、当該中間材は、断熱層１１上に敷設された状態に配備されている。また、中間材は、下面に対し上面が僅かに傾斜している状態に形成されており、当該傾斜により陸屋根とする屋根構造に水勾配がつけられるものとなる。
中間層１２として、断熱層１１よりも小さい透湿比抵抗を有する素材を主材とする材料を用いるのは、上層への水分の上昇は断熱層１１により殆どが遮られるため、断熱層１１ほど大きな透湿比抵抗を必要としないためであり、また、中間層１２は、屋根構造内の湿気の移動を阻害することもなければ促進するものでもなく、陸屋根に勾配を与えたり、屋根高さを調節することを主目的とするであるためである。よって、前述のように、透湿比抵抗が０．２〜１．１ｍｓＰａ／ｎｇ（４１６．７〜２２９１．８６ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）の断熱材を使用する場合、これに組み合わせる中間材としては、透湿比抵抗が０．１〜０．３ｍｓＰａ／ｎｇ（２０８．３５〜６２５．０５ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）の材料が好適であり、利用可能な中間材の厚さ（例えば２５〜１０７．５ｍｍ）を考慮すると、透湿抵抗としては２．５〜３２．２５ｍ２ｓＰａ／μｇ（１４．４６〜６２．１９ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ）の中間材を使用することができる。
上記中間材として採用可能な材料としては、上記断熱材としても利用できる押出法ポリスチレンフォーム保温板第１種、押出法ポリスチレンフォーム保温板第３種、これら押出法ポリスチレンフォーム保温板第１種と押出法ポリスチレンフォーム保温板第３種を積層したもの等が挙げられるが、上記断熱層１１として選択される断熱材によって選択される中間材が変わり、上記断熱層１１として例えばフェノール樹脂発泡体を主素材として形成された断熱材を使用した場合、それよりも小さい透湿比抵抗を有する板材は、例えば押出法ポリスチレンフォーム保温板第１種であり、これが中間材として用いられることとなる。
【００２４】
調湿層１３は、中間材の上面に敷設される調湿板により形成されている。該調湿板は、断熱層１１が透過可能な水分量を超える湿気容量を有し、また吸湿過程と放湿過程が略同一の平衡含水率曲線を示す吸放湿特性を有している。調湿層１３としてかかる調湿板を用いるのは、調湿層１３の湿気容量が断熱層１１が透過可能な水分量を超えていると、断熱層１１を透過して上昇してきた水分を調湿層１３において略完全に吸収することができるからであり、また、吸湿過程と放湿過程が略同一の平衡含水率曲線を示す吸放湿特性を有していると、温度変化に応じて吸湿した水分量と同量又は略同量の水分量が放湿され、調湿材に水分が蓄積されるおそれがないものとなるためである。
前述のように、調湿層１３と断熱層１１は互いの性状を考慮して決定され、所定の断熱層１１が前述のようにして選択された場合、調湿層１３としては、断熱層１１を透過してくる水分量を十分に吸湿することができる湿気容量を有する素材が選択される。
【００２５】
ここで、調湿層１３と断熱層１１の上述の如き関係をこれらの間での水分移動の観点から詳述すると、調湿層１３の湿気容量を基礎付ける当該調湿層１３の含水率及び断熱層１１の透過水分量は、周囲雰囲気の温度や湿度によって、即ち季節によって変動する。
図４は、断熱層１１としてのネオマ（厚さ６５ｍｍ、透湿比抵抗１．１ｍｓＰａ／ｎｇ（２２９１．８６ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）（透湿抵抗としては７１．５０ｍ２ｓＰａ／μｇ（１４８．９７ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ））の表裏での水分移動と、調湿層１３としてのけい酸カルシウム板（厚さ６ｍｍ、透湿比抵抗０.０１９ｍｓＰａ／ｎｇ（３８ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ）、密度１１００ｋｇ／ｍ３、熱伝導率０.２４Ｗ／ｍＫ）の含水率の７月から１年間に亘る変化をそれぞれグラフで示している。
なお、図５に示される曲線のうち、黒丸で示される数値の近似曲線は、当該けい酸カルシウム板の平衡含水率曲線を示している（寺島貴根、水畑雅行、日本建築学会計画系論文集、第４８８号１−８、「多孔質壁体材料内の結露・再蒸発過程の水分挙動に関する研究」から抜粋）。当該曲線は、けい酸カルシウム板の吸湿過程及び放湿過程を近似して示している。けい酸カルシウム板は、長期間安定した温湿度環境下に保管すると、最終的には当該曲線の如く吸湿過程と放湿過程が一致又は略一致する特性を有しているのである。なお、白丸で示される数値の近似曲線は、図３と同様、ＡＬＣの平衡含水率曲線を示している。
また、図４のグラフを算出するに際し、外気としては群馬県沼田の気象データを用い、室内の湿度は年間を通じて６０％、温度の年間変化はcos波によりモデル化したものを用いている。
図４においては、ネオマから該ネオマ上方となる上向き方向の水分透過をプラス、けい酸カルシウム板から該ネオマに向けての下向き方向の水分透過をマイナスで示す。図４から明らかな通り、４月から８月にかけての夏季はネオマへの水分出入りが激しく、９月から３月にかけての冬季は安定して上方に（調湿層１３に向けて）水分が移動している。
なお、冬季の安定した上方への（即ちプラスの）水分移動は平均して１．５ｇ／ｍ２日程度で、室内からの湿気上昇を主要因とする。
ここで、図中に示す通り、けい酸カルシウム板の含水率は９月から３月にかけて３％ｗｔから８．５％ｗｔまで徐々に上昇していく。そうすると、この時期の含水率変化よる水分の吸収は、式（２）に示すとおり、３６３ｇ／ｍ２である。
【数２】
0005209286.tif 000003
この時期、断熱層１１からの湿気上昇が平均して１.５ｇ／ｍ２日であるとすると、この時期の上昇水分量の総計は、以下の式（３）より、
【数３】
0005209286.tif 000004
となる。即ち、この時期の調湿層１３の湿気容量は、周囲雰囲気において変化すると雖も、この時期の断熱層１１からの上昇水分を十分に吸収することができるものとなっているのである。
なお、本願発明者は、けい酸カルシウム板の含水率としては１０％ｗｔ程度までは許容できることを知見しており、これによればさらに２４０ｇ／ｍ２程度の水分を吸収することができる。
また、けい酸カルシウム板の含水率は９月から３月にかけての含水率の上昇が一様であるとすると、一日あたりの水分吸収量は、以下の式（４）より、
【数４】
0005209286.tif 000005
となって、一日あたりの湿気上昇量よりも十分に大きいことは明らかである。
したがって、上記調湿層１３と断熱層１１との関係においては、調湿層１３は、断熱層１１が透過可能な水分量を超える湿気容量を有するものが選択されていると言えるのである。
また、夏季の下方への（即ちマイナスの）水分の流れはけい酸カルシウム板が保有している水分の下降であって、屋根が日射により著しく熱せられるために冬季よりもけい酸カルシウム板表裏での温度差が大きいものとなり、これによってネオマから該ネオマ下方に向けての水分移動（マイナスの水分移動）が２〜６ｇ／ｍ２日と冬季よりも格段に多くなる。また、夏季の上方への水分移動（プラスの水分移動）は、前日に透過したネオマ上面近傍の水分が上昇するため、冬季よりも大きい平均２ｇ／ｍ２日との値になっている。しかし、上述の如くプラスの水分移動よりもマイナスの水分移動の方が明らかに大きいので、夏季においては断熱層１１を透過する水分量と調湿層１３の湿気容量が問題となることはない。
このような調湿層１３と断熱層１１との関係は、他の素材の組み合わせであっても可能である。例えば、上記断熱層１１に対し調湿層１３としてインシュレーションボード（例えばＡ級インシュレーションボード）を使用することができ、これは、密度２６５ｋｇ／ｍ３以上、透湿比抵抗０.０３６ｍｓＰａ／ｎｇ（７２ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）、熱伝導率０.０４９Ｗ／ｍＫを有している。
また、このような他の調湿材としては、０．０１５〜０．０４０ｍｓＰａ／ｎｇ（３１．２５〜８３．３４ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）の透湿比抵抗を有し、利用可能な調湿材の厚さを考慮すると、透湿抵抗は、０．０９〜０．２４ｍ２ｓＰａ／μｇ（０．０００１９〜０．０００５０ｍ２ｈｍｍＨｇ／ｇ）のものを採用することも可能である。
また、上記調湿層１３を構成する調湿材の厚さは、選択される材料にも依存し、特に限定しないが、３〜１２ｍｍの範囲、例えば６ｍｍの厚さを有するものを使用することができる。
なお、これら調湿層１３と断熱層１１との関係は、上述の如く周囲雰囲気の温度や湿度によって変化するものであり、これら周囲雰囲気の温度や湿度は、季節や気候と共に変動することはもちろん、一日のうちにおいても大きく変動する。しかしながら、住宅等の建築物の壁内外や屋根内外については、数年〜数十年に亘るこれら壁内外や屋根内外の水分の出入りについて検証することで当該壁内や屋根内の残留水分の変化や内部結露の有無について調査することを要し、本願発明も、かかる観点に立ったものであり、空気層を設けない屋根構造であっても水分移動・除去を年間を通じて良好に行うための構成である。
【００２６】
また、防水層１４は、調湿層１３の上面に張設して形成され、該防水層１４の下面は調湿層１３の上面に当接している。
防水層１４を形成可能な材料は、好ましくは塩化ビニル系樹脂シートが用いられるが、その他、平型屋根スレート、合成樹脂エマルジョン系服装仕上塗材、ガラス不織布入りポリエチレンシート、ガラスクロス入りポリエチレンシート、及びこれらのシートのいずれかどうしを積層したシート等を採用することが可能である。
【００２７】
上記実施形態によれば、調湿層１３は屋根躯体層１０及び断熱層１１を透過して上がってくる湿気を吸湿可能であって、且つ、住宅内外の温度変化により当該湿気を蓄積することなく放出可能であることを基準として選択され、また、断熱層１１は調湿層１３の湿気容量に基づいて選択されている。このように、断熱層１１と調湿層１３とが互いの性状を考慮した素材が採用されることにより、当該屋根構造において、湿気は以下のように屋根構造内を移動し、除去されることとなる。
すなわち、冬季等、室外側の温度より室内側の温度の方が高い場合、室内から屋根に向けて上がってくる空気中の水分は屋根躯体層１０を通過して断熱層１１に到達することとなるが、当該断熱層１１は、調湿層１３の湿気容量以下の水分量を透過可能な透湿比抵抗を有しているため、当該湿気容量を超える水分は断熱層１１により上層への上昇を遮られ、断熱層１１下又は屋根躯体層１０内に存するものとなる。ここで、断熱層１１よりも下層は室内側と略同様の温度であるため、断熱層１１下の水分が結露するおそれはない。また、断熱層１１を透過する水分は、調湿層１３に達して当該調湿層１３に吸収される。
このように、上記実施形態に係る屋根構造においては、室外側よりも室内側の温度が高い場合であっても、室内から上がってくる水分は殆ど断熱層１１よりも上方に移動することなく、また、移動したきわめて僅かな水分も調湿層１３に吸収され、結露の発生が抑制される。
【００２８】
一方、夏季等、室内側の温度より室外側の温度の方が高い場合には、断熱層１１下又は屋根躯体層１０の水分は室外側に向けて下降する。そして、屋根躯体層１０下まで下降した湿気は、常時換気や室内空調等による室内乾燥空気の対流により有効に除去される。また、調湿層１３は吸湿過程と放湿過程が略同一の平衡含水率曲線を有しているため、調湿層１３に吸収されている水分も当該調湿層１３に留まることなく室内側に向けて下降することととなるが、このとき、当該水分は断熱層１１に行き当たり、断熱層１１によりその下降を遮られることが考えられる。しかしながら、夏季等においては、屋根表面の温度はきわめて高温であり（例えば６５℃〜７０℃程度）、断熱層を介する室内側と室外側の温度勾配は冬季等と比較しても格段に大きなものとなる。この結果、断熱層１１の上下での水蒸気圧差が著しく拡がるものとなり、調湿層１３の水分は、当該水蒸気圧差を断熱層１１の透過の駆動力として断熱層１１の上や内部で遮られることなく当該断熱層１１を透過する。このように、上記実施形態に係る屋根構造においては、室内側よりも室外側の温度が高いものとなると、屋根躯体層１０の有する水分及び調湿層１３の水分が屋根躯体層１０の下まで下降し、閉鎖空気層１６又は室１７内の乾燥空気の緩慢な対流により除去される。
したがって、上記実施形態に係る屋根構造においては、断熱層１１の上下に生じる温度勾配や断熱層１１と調湿層１３の透湿・吸放湿能を利用して、屋根内を上昇・下降する水分を結露させることなく有効に移動・保持・除去することができる。この結果、当該屋根構造には通気層を確保する必要がなく、これによって屋根下方の室内の天井高さを確保することができる。
【００２９】
また、上述の如く、中間層１２は屋根構造内の湿気の移動を阻害することもなければ促進することもない。屋根構造Ｒの各層１０、１１、１３、１４に所定の機能を発揮させるには、各層１０、１１、１３、１４の厚さを徒に変化させることができず、当該中間層１２の厚さを変化させて該中間層１２に勾配を与えることによってこそ陸屋根とする屋根構造Ｒに水勾配を与えることができるのである。また、中間層１２の厚さを調節することにより、且つ屋根構造の厚さを調節して屋根高さを調節するものである。
また、天井裏として消極換気の閉鎖空気層１５が設けられており、屋根躯体層１０に積極換気の通気層を設ける必要はなく、また、室内から湿気が上がってくる又は屋根構造から湿気が下りてくる場合であっても、当該天井裏は比較的乾燥状態に維持されると共に、室内と略同じ温度状態となる。このため、該天井裏に換気設備、空調設備、照明設備等を埋め込んで配備することができるばかりでなく、熱や湿気に弱いスピーカや監視カメラ装置等を配備することも可能となる。
【００３０】
前記実施形態においては、屋根躯体層１０として採用されている軽量気泡コンクリートの水分透湿性が高く、屋根下方の室内から屋根に向かって上がってくる湿気を如何に処理するかが問題となったため、断熱層１１等の積層構造を検討し、選択すべき材料及びその特性を決定したが、本願発明者等は、同様の積層構造において、透湿性に焦点を当て透湿比抵抗の観点から発明を具現化することが可能であることを知見した。
すなわち、本願発明者は、軽量気泡コンクリートのような水分透湿性が高い材料により形成される屋根躯体層１０の直上に断熱層１１を備え、該断熱層１１の上方に調湿層１３を備えると共に該調湿層１３の直上に防水層１４を備える上記実施形態の如き屋根構造において、内部結露なく湿気を有効に除去することを可能とする層構成としては、上記実施形態の屋根構造に用いられる各層の材料の透湿比抵抗を吟味した結果、各層の透湿比抵抗が以下の式（５）を満たすものであればよいことを知見した。
【数５】
0005209286.tif 000006
【００３１】
屋根躯体層１０は、軽量気泡コンクリートパネルを対象とすると、前述のように、その透湿比抵抗γ’３は、典型的には、０．０１５〜０．０２５ｍｓＰａ／ｎｇ（３１．２５〜５２．０９ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）である。一方、断熱層１１は、前記実施形態において好適な材料を採用すると、その透湿比抵抗γ’１は、０．２〜１．１ｍｓＰａ／ｎｇ（４１６．７〜２２９１．８６ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）であり、γ’１＞γ’３の関係を満たす組み合わせを含む。また、調湿層１３は、前記実施形態において好適な材料を採用すると、その透湿比抵抗γ’２は、０．０１５〜０．０４０ｍｓＰａ／ｎｇ（３１．２５〜８３．３４ｍｈｍｍＨｇ／ｇ）であり、γ’１＞γ’２かつγ’２≧γ’３の関係を満たす組合せを含む。
よって、前記実施形態の一部は、その透湿比抵抗が上記（５）式を満たすものとなり、かかる実施形態も、前記実施形態と同じ作用効果を奏する。
【００３２】
また上記実施形態において、断熱層１１と調湿層１３の間に中間層１２を設けてもよく、前記実施形態において好適な材料を中間層１２の構成に使用するとすると、その透湿比抵抗は、０．１〜０．３ｍｓＰａ／ｎｇ（２０８．３５〜６２５．０５ｍｈｍｍｈＨｇ／ｇ）であり、このような実施形態も、前記実施形態と同じ作用効果を奏する。
更に、前記実施形態において、防水層１４としては、塩化ビニル系樹脂シート、平型屋根スレート、合成樹脂エマルジョン系服装仕上塗材、ガラス不織布入りポリエチレンシート、ガラスクロス入りポリエチレンシート、及びこれらのシートのいずれかどうしを積層したシート、改質アスファルトルーフィング等が用いられる旨を説明したが、これらは、次のような透湿抵抗を有する。
【表２】
0005209286.tif 000007
【００３３】
以上、本発明を戸建て住宅に実施した形態を詳述したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記屋根躯体層１０の上面に断熱層１１、調湿層１３、防水層１４のみを順に積層し、中間層１２のない構成によっても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【実施例】
【００３４】
本願発明の有効性を確認すべく、本願発明者らは、実施例と複数の比較例とを用いて解析を行った。
＜実施例＞
屋根躯体層１０として厚さ７５ｍｍのＡＬＣパネルを、断熱層１１として厚さ６５ｍｍのフェノール樹脂発泡体を、中間層１２として厚さ２５ｍｍの押出法ポリスチレンフォームを、調湿層１３として厚さ６ｍｍのけい酸カルシウムボードを、防水層１４として厚さ２．３ｍｍの塩化ビニル系樹脂シートを採用して、本発明に係る屋根構造Ｒを構成した。なお、屋根躯体層１０の下には、換気なしの閉鎖空気層を設けた。次の表３に層構成と各材料の物性を示す。
【表３】
0005209286.tif 000008
上表中、「ＡＬＣ」は軽量気泡コンクリートを、「フェノール」はフェノール樹脂発泡体（旭化成建材製「ネオマ(登録商標)」）を、「ポリスチａ」は押出法ポリスチレンフォーム保温板１種を、「ケイカル」はけい酸カルシウムボードを、「塩ビａ」は塩化ビニル系樹脂シートを、それぞれ示している。
【００３５】
（解析方法）
上記実施例について、熱水分同時移動方程式を用いた計算プログラムにより、７月１日を起算点とし、季節変動を考慮しながら各層間の相対湿度の経年的な変化及び内部結露発生の可能性の有無を１０年に亘って解析するものとする。
なお、上記解析を行うにつき、熱水分同時移動方程式を用いた計算プログラムについては、特開２００２−９２５３４号公報の図２及び図３に開示の同時移動方程式及び近似式を実行する計算プログラムを用いた。また、気象データについては、沼田のデータを採用した。
また、ＡＬＣの平衡含水率曲線については、図３に示されたものを採用し、けい酸カルシウムボードの平衡含水率曲線については図５に示されたものを採用した。
さらに、初期条件として、ＡＬＣの初期含水率を２０重量％、けい酸カルシウムボードの初期含水率を８重量％とした。
【００３６】
（解析結果）
上記実施例の層構成について上記解析方法に従って解析した結果、図６〜図１１に示すような相対湿度の経年変化の解析結果が得られた。ここで、図６は、防水層１４の裏面の温度、相対湿度の経年変化を示し、図７は、調湿層（けい酸カルシウム板）１３の内外表面の含水率と相対湿度の経年変化を示し、図８は、屋根躯体層（ＡＬＣ）１０の内外表面の含水率と相対湿度の経年変化を示し、図９は、屋根躯体層（ＡＬＣ）１０と断熱層１１の間の温度と相対湿度の経年変化を示し、図１０は、上記解析に用いる外気温度と相対湿度の経年変化を示し、図１１は、上記解析に用いる室内温度と相対湿度の経年変化を示している。これらのグラフから分かるように、実施例においては、いずれの層においても相対湿度は季節に拘らず常に９８％を下回っている。したがって、本実施例に示す層構成の屋根構造においては、結露発生のおそれはないといえる。
【００３７】
＜比較例１＞
断熱層として押出法ポリスチレンフォームを、防水層として他の塩化ビニルシートを用いた以外は、実施例と同じ層構成とした。すなわち、比較例１の層構成と材料は次の表４に示す通りである。尚、表４中の表記は、表３の場合と同様である。
【表４】
0005209286.tif 000009
上表中、「ＡＬＣ」、「ケイカル」は表２の場合と同様の材料を意味し、「ポリスチｂ」は押出法ポリスチレンフォーム保温板１種２号を、「塩ビｂ」は表３の「塩ビａ」とは異なる塩化ビニル系樹脂シートを、それぞれ示している。
【００３８】
（解析結果）
実施例において採用した解析方法を用いて、実施例における場合と同じ条件下で、比較例１に係る層構成について相対湿度の経年変化を、実施例１におけると同様に、層構造の各所について、解析した。
その結果、調湿層（けい酸カルシウム板）の内外表面の含水率と相対湿度について、図１２に示すような解析結果が得られた。図７に示す実施例の場合と比較すると、明確なように、含水率が冬季に大きく上昇し、相対湿度が９８％を上回っている。このことは、調湿層又は層間において結露が発生し、又は結露発生の蓋然性が極めて高いことを示しており、当該層構成では、内部結露の危険性が極めて高いことを示している。
【００３９】
＜比較例２＞
断熱層と屋根躯体層の間に、ポリエチレンシートからなる防湿シートを介在させた以外は、実施例と同じ層構成とした。すなわち、比較例２の層構成と材料は次の表５に示す通りである。尚、表５中の表記は、表３の場合と同様である。
【表５】
0005209286.tif 000010
＊  ＰＥはポリエチレンシートを示す。
【００４０】
（解析結果）
実施例において採用した解析方法を用いて、実施例における場合と同じ条件下で、比較例２に係る層構成について相対湿度の経年変化を、実施例１におけると同様に、層構造の各所について、解析した。
その結果、屋根躯体層（ＡＬＣ）と断熱層（ネオマフォーム）間の温度と相対湿度について、図１３に示すような解析結果が得られた。図９に示す実施例の場合と比較すると、明確なように、初期においてＡＬＣと断熱層間（断熱層下面）の温度が露点に達し、相対湿度が９８％を上回っている。このことは、断熱層下面において結露が発生し、又は結露発生の蓋然性が極めて高いことを示しており、当該層構成では、内部結露の危険性が極めて高いことを示している。
【００４１】
＜比較例３＞
断熱層と屋根躯体層の間に、ポリエチレンシートからなる防湿シートを介在させ、調湿層を設けなかった以外は、実施例と同じ層構成とした。すなわち、比較例３の層構成と材料は次の表６に示す通りである。尚、表６中の表記は、表３の場合と同様である。
【表６】
0005209286.tif 000011
＊  ＰＥはポリエチレンシートを示す。
【００４２】
（解析結果）
実施例において採用した解析方法を用いて、実施例における場合と同じ条件下で、比較例３に係る層構成について相対湿度の経年変化を、実施例１におけると同様に、層構造の各所について、解析した。
その結果、防水層直下の含水率と相対湿度について、図１４に示すような解析結果が得られた。これから、冬季において相対湿度が９８％を上回っている。このことは、断熱層下面において結露が発生し、又は結露発生の蓋然性が極めて高いことを示しており、当該層構成では、内部結露の危険性が極めて高いことを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の屋根構造の一実施形態を採用した２階建ての戸建て住宅の側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る屋根構造の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る屋根構造の屋根躯体層に用いるＡＬＣの平衡含水率曲線を表すグラフで、寺島貴根、水畑雅行、日本建築学会計画系論文集、第４７４号１７−２５、「気泡コンクリート壁体材料内の結露・再蒸発過程の水分挙動に関する研究」から抜粋したものである。
【図４】本発明の一実施形態に係る屋根構造における調湿層（けい酸カルシウム板）の含水率変化と断熱層（ネオマ）の透過水分の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る屋根構造の調湿層に用いるけい酸カルシウムボードの平衡含水率曲線を表すグラフで、寺島貴根、水畑雅行、日本建築学会計画系論文集、第４８８号１−８、「多孔質壁体材料内の結露・再蒸発過程の水分挙動に関する研究」から抜粋したものである。
【図６】実施例１の層構成に対する相対湿度の経年変化の解析結果を示すもので、防水層裏の温度、相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【図７】図６と同様の解析結果を示すもので、調湿層の内外表面の含水率と相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【図８】図６と同様の解析結果を示すもので、屋根躯体層の内外表面の含水率と相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【図９】図６と同様の解析結果を示すもので、屋根躯体層と断熱層の間の温度と相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【図１０】実施例１及び比較例１〜３の層構成からなる屋根構造の各層又は各層間の相対湿度の経年変化の解析に用いられる外気温度と外気湿度の経年変化を示すグラフである。
【図１１】実施例１及び比較例１〜３の層構成からなる屋根構造の各層又は各層間の相対湿度の経年変化の解析に用いられる室内温度と室内湿度の経年変化を示すグラフである。
【図１２】比較例１の層構成に対する相対湿度の経年変化の解析結果を示すもので、調湿層の内外表面の含水率と相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【図１３】比較例２の層構成に対する相対湿度の経年変化の解析結果を示すもので、屋根躯体層と断熱層の間の温度、相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【図１４】比較例３の層構成に対する相対湿度の経年変化の解析結果を示すもので、防水層直下の含水率と相対湿度の経年変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
Ｆ        架構
Ｗ        外壁構造
Ｒ        屋根構造
Ｂ        基礎
１        外壁躯体層
２        断熱層
１０      屋根躯体層
１１      断熱層
１２      中間層
１３      調湿層
１４      防水層
１５      天井板
１６      閉鎖空気層
１７      室    
【図１】
0005209286.tif 000012
【図２】
0005209286.tif 000013
【図３】
0005209286.tif 000014
【図４】
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【図５】
0005209286.tif 000016
【図６】
0005209286.tif 000017
【図７】
0005209286.tif 000018
【図８】
0005209286.tif 000019
【図９】
0005209286.tif 000020
【図１０】
0005209286.tif 000021
【図１１】
0005209286.tif 000022
【図１２】
0005209286.tif 000023
【図１３】
0005209286.tif 000024
【図１４】
0005209286.tif 000025